[논문]Brassinosteroid의 대사공학

이미옥; 송기홍; 이현경; 정지윤; 최빛나리; 최성화

doi:10.5010/jpb.2002.29.2.139

Brassinosteroid의 대사공학
Metabolic Engineering of the Brassinosteroid Biosynthetic Pathways 원문보기

식물생명공학회지 = Korean journal of plant biotechnology, v.29 no.2, 2002년, pp.139 - 144

이미옥 (서울대학교 자연과학대학 생명과학부) , 송기홍 (서울대학교 자연과학대학 생명과학부) , 이현경 (서울대학교 자연과학대학 생명과학부) , 정지윤 (서울대학교 자연과학대학 생명과학부) , 최빛나리 (서울대학교 자연과학대학 생명과학부) , 최성화 (서울대학교 자연과학대학 생명과학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Sterols play two major roles in plants: a bulk component in biological membranes and precursors of plant steroid hormones. Physiological effects of plant steroids, brassinosteroids (BRs), include cell elongation, cell division, stress tolerance, and senescence acceleration. Arabidopsis mutants that carry genetic defects in BR biosynthesis or its signaling display characteristic phenotypes, such as short robust inflorescences, dark-green round leaves, and sterility. Currently there are more than 100 dwarf mutants representing 7 genetic loci in Arabidopsis. Mutants of 6 loci, dwf1/dim1/cbb1, cpd/dwf3, dwf4, dwf5, det2/dwf6, dwf7 are rescued by exogenous application of BRs, whereas bri1/dwf2 shares phenotypes with the above 6 loci but are resistant to BRs. These suggest that the 6 loci are defective in BR biosynthesis, and the one locus is in BR signaling. Biochemical analyses, such as intermediate feeding tests, examining the levels of endogenous BR, and molecular cloning of the genes revealed that dwf7, dwf5, and dwf1 are defective in the three consecutive steps of sterol biosynthesis, from episterol to campesterol via 5-dehydroepisterol. Similarly, det2/dwf6, dwf4, and cpd /dwf3 were shown to be blocked in D$^4$reduction, 22a-hydroxylation, and 23 a-hydroxylation, respectively. A signaling mutant bril/dwf2 carries mutations in a Leucine-rich repeat receptor kinase. Interestingly, the bri1 mutant was shown to accumulate significant amount of BRs, suggesting that signaling and biosynthesis are dynamically coupled in Arabidopsis. Thus it is likely that transgenic plants over-expressing the rate-limiting step enzyme DWF4 as well as blocking its use by BRIl could dramatically increase the biosynthetic yield of BRs. When applied industrially, BRs will boost new sector of plant biotechnology because of its potential use as a precursor of human steroid hormones, a novel lead compound for cholesterol-lowering effects, and a various application in plant protection.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

브라시노라이드의 생합성 경로. 생합성 경로는크게 스테롤 경로와브라시노 스테로이드 경로로 나누었다. 분지 되는 세부 경로와 주요 효소 반응은 사각형의 상자로 강조하였다.
1995). 애기장대의 경우 DWF4 유전자의 발현 정도는 극히 미미하여 일반적 인 Northern 실험으로는 그 발현을 쉽게 조사할 수 없고 보다 민감한 실험 방법인 RT-PCR 분석에 의해 발현을 측정할 수 있었다. 이 DWF4 유전자를 과다발현 시킨 형질전환 식물체는 마치 BR을 처리한 식물과 같은 표현형을 보이는 것이 관찰되었다.

성능/효과

애기장대의 경우 DWF4 유전자의 발현 정도는 극히 미미하여 일반적 인 Northern 실험으로는 그 발현을 쉽게 조사할 수 없고 보다 민감한 실험 방법인 RT-PCR 분석에 의해 발현을 측정할 수 있었다. 이 DWF4 유전자를 과다발현 시킨 형질전환 식물체는 마치 BR을 처리한 식물과 같은 표현형을 보이는 것이 관찰되었다. 하지만, 흥미로운 것은 내재 BL의 양에 있어서는 DVT4 과다발현 식물이 야생형의 경우 보다 낮다는 것이다 (Choeetal.

후속연구

여기에 BR의 분해에 관계하는 BAS1 유전자의 기능 또한 상실시킨다면 BR의 생산량을 최대화할 수 있을 것으로 생각된다. 한편, 앞으로는 아직 알려져 있지는 않은 DWF4 단백질 수준의 개선, 예를 들면 활성 부위의 발견과 개선, allosteric regulation 기작의 규명과 단백 질 공학을 이용한 효율 증진을 통해 BR의 생산을 극대화시킬 수 있으리라 생각된다.
여기에 BR의 분해에 관계하는 BAS1 유전자의 기능 또한 상실시킨다면 BR의 생산량을 최대화할 수 있을 것으로 생각된다. 한편, 앞으로는 아직 알려져 있지는 않은 DWF4 단백질 수준의 개선, 예를 들면 활성 부위의 발견과 개선, allosteric regulation 기작의 규명과 단백 질 공학을 이용한 효율 증진을 통해 BR의 생산을 극대화시킬 수 있으리라 생각된다.
현재 가능한 BR의 대량 생산 모델로는 BR을 사용하지 못하는 신호전달 돌연변이체 내에 추가적으로 DWF4등의 생합성 관련 유전자를 과다 발현시키는 것을 상정할 수 있을 것이다. 여기에 BR의 분해에 관계하는 BAS1 유전자의 기능 또한 상실시킨다면 BR의 생산량을 최대화할 수 있을 것으로 생각된다.

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